一种Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的组织性能调控工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的组织性能调控工艺，属于材料热处理领域。Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的直径尺寸一般不低于500mm，采用该工艺能够实现Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的整体热处理，将机匣类零件放入热处理炉中，使零件随炉升温至温度T1并保温一段时间，停止加热，冷却至室温出炉；再进行T2温度的热处理，使组织更加均匀，性能更加稳定。本发明专利技术可以提高Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的力学性能，使组织更均匀。使组织更均匀。

【技术实现步骤摘要】
一种Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的组织性能调控工艺


[0001]本专利技术涉及材料热处理
，具体涉及一种Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的组织性能调控工艺。

技术介绍

[0002]Ti2AlNb合金具有良好的高温(650℃～750℃)力学性能，密度较低，有望替代高温合金实现部分结构件的减重，因此瞄准实际应用、解决成形工程难题一直是Ti2AlNb合金的研究重点。以Ti2AlNb为名义原子占比的O相被发现和标定后，国内外学者开展了关于O相的形成机理研究，O相可以通过B2(β)或α2以多种相变方式形成，目前基本掌握了相变的温度范围。Ti2AlNb合金的典型组织主要包括等轴、片层和多态组织等。
[0003]近些年来，采用粉末冶金热等静压技术、粉末热等静压制坯+环轧技术成功制备了Ti2AlNb机匣类的复杂零件，部分Ti2AlNb机匣类复杂零件在我国的航空发动机中获得了初步考核，未来的应用前景广阔。
[0004]以简单试验件为对象，采用锻造加工、粉末热等静压等工艺制备出Ti2AlNb样品，国内外学者开展了热处理和组织性能表征试验，可以获得良好的Ti2AlNb性能匹配。但随着航空发动机机匣类零件的尺寸增加、结构更加复杂，组织性能调控的难度急剧增加。
[0005]Ti2AlNb机匣类复杂零件的整件热处理一直是面向工程应用的关键技术难点，保温温度、时间、冷却方式等均会影响零件整体性能。为了满足先进航空发动机对Ti2AlNb机匣类零件的应用需求，通过开展Ti2AlNb机匣零件的热处理调控研究(外形尺寸≥900mm)，进行本体的组织和性能表征，专利技术了适合于此类机匣类零件的组织性能调控技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的组织性能调控工艺，该工艺可以直接通过热处理获得整件的性能提升和均匀的组织。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的热处理工艺，该工艺包括如下步骤：
[0009](1)准备Ti2AlNb航空发动机机匣类零件，对零件进行表面处理，不允许有杂质、油污、铁锈残留；
[0010](2)环轧处理：处理温度950
‑
1150℃，变形量为30
‑
60％；
[0011](3)T1高温热处理：将步骤(2)处理后的零件放入真空热处理炉中，采用随炉升温的方式达到预定温度T1，保温一段时间，随炉冷却，取出；
[0012](4)T2低温热处理：经步骤(3)热处理后，检查零件表面后，重新装入真空热处理炉加热，升温至T2并保温一段时间，使得材料组织均匀，停止加热后冷却，取出；
[0013](5)观察Ti2AlNb机匣类零件的表面，需光洁无污染，无明显变形。
[0014]本专利技术中机匣类零件是以Ti2AlNb预合金粉末为原料采用热等静压成型或粉末冶金工艺制备而成；所述Ti2AlNb预合金粉末采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法或等离子
旋转电极雾化法制备。
[0015]上述步骤(1)中，零件的表面处理包括但不限于机械加工、化学清洗、喷砂、磨粒流、酒精擦拭。
[0016]上述步骤(3)中，所述预定温度T1的取值范围为960～1020℃，保温时间2～4h。
[0017]上述步骤(4)中，所述预定温度T2的取值范围为760～830℃，保温时间12～24h。
[0018]上述步骤(3)
‑
(4)中，热处理过程的真空度为1.0
×
10
‑2Pa以上。
[0019]上述步骤(3)
‑
(4)中，机匣类零件的出炉温度应低于100℃，优选随炉冷却至室温后出炉。
[0020]本专利技术工艺适用于Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的组织性能调控，可以完成整件的热处理，提高合金性能和组织均匀性。
[0021]本专利技术的优点及有益效果是：
[0022]1、本专利技术工艺首先对机匣零件进行环轧处理，然后进行两步热处理，第一步是温度T1范围是960～1020℃之间，保温时间2～4h。第二步T2范围在760～830℃，保温时间12～24h，使材料继续致密化且保证材料组织均匀。保温过程完成后，零件随炉保压冷却至室温，可以保证零件整体的性能更优。
[0023]2、本专利技术工艺可以在传统的真空热处理炉内实现，该工艺适用范围为Ti
‑
Al系合金(Ti2AlNb、Ti3Al及TiAl)的整件热处理。
[0024]3、本专利技术简单实用，可提高机匣零件的整体性能。
附图说明
[0025]图1为机匣和本体试样环；其中：(a)机匣；(b)本体试样环。
[0026]图2为对比例1热处理制度曲线制度1，可以获得更高的强度。
[0027]图3为对比例2和实施例1中热处理制度曲线制度2。
[0028]图4为实施例1中Ti2AlNb机匣在热处理前后的组织照片；其中：(a)热处理前；(b)热处理后。
具体实施方式
[0029]本专利技术可提高Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的整体性能和组织均匀性，具体如下：
[0030]1.采用粉末热等静压或粉末冶金制坯+环轧技术制备出Ti2AlNb航空发动机机匣类零件毛坯；其中环轧处理的处理温度950
‑
1150℃，变形量为30
‑
60％。
[0031]采用粗加工或化学洗方法去除飞边、毛刺、模具残留等，采用酒精对零件表面进行清洗和擦拭，保证所有外表面和内部流道光洁，图1是Ti2AlNb机匣和本体试样环的照片，力学性能见表1所示。
[0032]2.将步骤1所得Ti2AlNb航空发动机机匣类零件装入真空热处理炉中，装炉需保证零件摆放平整，不存在可能失稳的区域，真空热处理的真空表、热电偶表均在检定有效期内。加热前，先预抽真空，真空度达到1.0
×
10
‑2Pa以上后开始升温，升温速度不高于10℃/min，到达设定温度T1后开始保温，保温时间2～4h，保温时间到，开始随炉降温，冷却至室温。
[0033]3.第二步完成后，可以选择出炉后重新装炉，也可以继续加热，真空度为1.0
×
10
‑2Pa以后开始升温，升温速度不高于10℃/min，到达设定温度T2后开始保温，保温时间12～24h，保温时间到，开始随炉降温，冷却至室温。
[0034]下面结合附图、对比例及实施例对本专利技术进一步详细说明。
[0035]表1 Ti2AlNb机匣的力学性能
[0036][0037]对比例1：
[0038]本例采用图2中热处理制度1对粉末热等静压成型的机匣进行热处理，热处理条件：1020℃/3小时+800℃/12小时。
[0039]对比例2：
[0040]与对比例1不同之处在于，本例采用图3所示的热处理制度2对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的组织性能调控工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤：(1)准备Ti2AlNb航空发动机机匣类零件，对零件进行表面处理，不允许有杂质、油污、铁锈残留；(2)环轧处理：处理温度950
‑
1150℃，变形量为30
‑
60％；(3)T1高温热处理：将步骤(2)处理后的零件放入真空热处理炉中，采用随炉升温的方式达到预定温度T1，保温一段时间，随炉冷却；(4)T2低温热处理：经步骤(3)热处理后，检查零件表面后，重新装入真空热处理炉加热，升温至T2并保温一段时间，使得材料组织均匀，停止加热后冷却，取出；(5)观察Ti2AlNb机匣类零件的表面，表面需光洁无污染，无明显变形。2.根据权利要求1所述的Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的组织性能调控工艺，其特征在于：步骤(1)中，零件的表面处理为机械加工、化学清洗、喷砂、磨粒流和酒精擦拭中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的Ti2AlNb航空发动机机匣类零件的组织性能调控工艺，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢正冠，朱旭晖，吴杰，徐磊，杨锐，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：